基本信息
- 项目名称：
- 关节履带复合型探测机器人
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 作品以井下及危险环境的探测与搜救为背景，设计开发出一种可适应不同路面条件的新型关节—履带复合式智能机器人。机器人由机械本体、控制单元、信息采集模块、数据远程传输及处理模块等组成，通过CCD及多种传感器的实时信息采集，实现路径自主选择及环境数据探测。
- 详细介绍：
- 针对特殊区域及井下危险环境探测与搜救的实际需要，以及现有机器人存在易倾覆、越障能力不足的问题，设计开发了一种适用于矿井探测搜索的关节履带复合式机器人。 ①机器人系统由机械本体、控制单元、远程信息传输与处理模块等组成，机器人自身搭载多组数据采集传感器，结合主控电路完成矿井下的环境数据探测。 ②把关节式机器人和履带式机器人的特点有机地结合起来，使得机器人能够翻越比自身驱动轮更高的障碍。结合肢体关节的运动，可适应更加复杂的路面状况。 ③采用单片机技术对12只电机进行并行控制，以实现各运动单元的灵活运动。利用倾角传感器技术实现机器人箱体的自适应平衡控制。把温度、湿度、瓦斯气体传感器及CCD摄像头有机融合起来实现矿井的安全状况监测，并实现数据的远程传输。 该机器人合理的机构设计、灵活的自适应能力、及多信息探测技术，为实现预定危险区域的环境探测提供了一种有效地途径。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计目的： 针对我国煤矿开采的生产安全性的需求，设计了一种探测机器人，在保证能够尽最大可能适应多种地形的情况下，对矿井进行日常监测、巡逻。同时，在矿井出现灾害性事故时，代替搜救探测人员而第一时间探测事故发生地区的多种环境数据以方便营救人员顺利展开下一步的各种营救工作。 基本思路： 机器人的机械结构的设计，保证适应多种复杂地形。机器人的总体运动控制，自动控制与遥控控制保证机器人发挥出最佳运动性能。机器人环境数据的采集与分析，下位机通过多个传感器及CCD将采集的数据发送到上位机进行分析。 创新点： 巧妙地把关节和履带的特点有机结合起来，使得机器人能够翻越比自身驱动轮高的障碍，满足不同路面的运动条件，依赖机器人强大的自适应能力，可作为移动平台，按照特定区域探测的需要搭载各种设备。 技术关键： 1.保证整个机器人在可靠性工作的前提下完成轮式运动，变形与动物爬行运动。技术关键在于保证机器人能够顺利地变形。 2.提出完整的机器人动物爬行状态的运动算法。 3.保证各种机载传感器可以顺利采集到外界信号并传回上位机。 技术指标： 本作品的主体是一个搭载多个传感器在多种复杂路面能够平稳行走的机器人。为此，机器人的机械结构上的设计能够最大限度地在跨越障碍的同时保持平衡；机器人的姿态控制策略上的设计能够完成多自由度的协调控制；机器人箱体上搭载的多种传感器所得到的数据通过有线或无线传输的方式传输给监控中心的计算机终端上，并在监控中心进行相应的数据分析与管理。
科学性、先进性
- 科学性： 本作品将关节与履带结构有机结合起来，使机器人在越障方面的能力得到了有效的提升。完成了机器人的可靠性理论分析，并对机器人的越障能力进行了测试。完成了机器人多电机同时控制，得出了使机器人具备对地面的自适应能力的方法，使机器人的稳定性和通过性有了可靠提升，并保证了运动的灵活性；信息传输部分采用双向实时通信，保证了数据采集的可靠性，为实现预定危险区域内的环境探测提供的一个人性化的平台。 先进性： 1）提出一种可以适应不同路面条件以及障碍类型的新型履带及关节结构结合的机器人结构，实现了关节与履带结合的动力结构； 2）研究适应该机器结构的井下作业的机器人姿态控制方法； 3）危险信号的采集，处理及传送方法；在软件部分，即在上位机通信界面的设计上，我们加入了视频的采集，在机器人将位置信息传回，供上位机做分析，在必要的时候给出决策，以便救援人员确认被困者的位置。
获奖情况及鉴定结果
- 2008年10月，国家大学生创新性实验计划项目 2008年12月，校科技节特等奖 2009年06月，省挑战杯一等奖
作品所处阶段
- 作品已经完成了理论分析、结构设计、零件加工及其组装并进行了相关性能测试，机器人系统现已全部完成。
技术转让方式
- 系统整体技术或部分核心技术的技术转让。
作品可展示的形式
- 实物产品、现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 面向矿井探测及各种危险区域监测 技术特点与优势：机器人系统包括机器人控制系统和远程监测系统。采用单片机技术对12只电机进行协同控制，在CCD的引导下，实现机器人姿态调整，适应路面条件的运动方式选择以及避障等功能的智能控制。把温度、湿度、瓦斯气体传感器及CCD有机融合起来实现矿井及危险环境的安全状况的实时监测和数据的远程传输。 推广前景： 关节履带复合型探测机器人适应多种复杂地形，能够应用于存有潜在危险区的监测（例如矿井环境），当其发生事故后，机器人通过温度、湿度、瓦斯气体传感器及CCD，探测内部具体环境，掌握第一手资料方便人员营救工作。 市场分析和经济效益预测：由于我国煤矿生产过程中存在许多安全问题，这就为我们的探测机器人提供了一个广阔的应用平台，并且它还能用于其他危险环境探测与监测。机器人的机体采用的轻便、低成本的材料，控制电路简单，大多采用节能原件，整个系统将是集节能、低成本、环保为一体的机器人，具有很大的市场，在低成本上，蕴藏着巨大的市场和经济效益。
同类课题研究水平概述
- 中国某大学的可靠性与救灾机器人研究所展示了其课题组研制的搜救机器人的道路试验结果，这台搜救机器人是将一部分仪器移植到坦克履带动力之上，采用自主避障和遥控引导相结合的行走控制方式，能够深入事故矿井探测前方的火灾温度、瓦斯浓度、灾害场景、呼救声讯等信息，并实时回传这些信息和图像，为救灾指挥人员提供重要的现场灾害信息。同时，搜救机器人上携带了急救药品、食物、生命维持液和简易自救工具，以协助被困人员实施自救和逃生。搜救机器人配备有急救药品、食物、生命维持液和简易自救工具，以协助被困人员实施自救和逃生。沈阳机器人研究所研制的排爆机器人，该机器人是一种履带结构机器人，在机器人的集体上装有遥控机械臂，可用于危险物品的检查及其爆炸物品的拆除。美国Foster-Miller公司生产的Talon-Hazmat机器人，该机器人采用单纯履带方式为动力，在机器人的工作台上可以加装任务模块执行任务。美国Segway公司的Robotic Mobility Platform，是一种轮式的移动机器人，在机器人上方装有盛物篮，可以将物品或者受伤人员撤出危险区域。日本某大学研制的火星探测机器人模型，该机器人明显的特征是具有四个硕大的可以上下起伏的轮子，在遇到障碍物时会太高自己相依的轮子，然后攀上障碍物。美国Robotic FX公司生产的Negotiator Tactical Surveillance机器人，此机器人的动力来源为履带，机器人最明显的特征是有一副可以活动的小履带，可以形成不同角度的攻角，有利于机器人越障能力的提高。 经过对许多国内外科研机构的机器人的研究状况的了解，我们掌握了一定的机器人研究现状方面的信息，并未发现和我们的作品有完全相似的国内外作品。在对机器人现状的调查中，我们发现现在多数机器人的动力机构不外乎为轮式，履带式，肢体式三种方式。我们在前期研究中总结了先前方案的优势和缺陷，提出了一种新型的关节履带复合式机器人，使机器人对不同地面的通过性、自适应性等有了有效的提升。
